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警报从贡嘎山响起:建筑防抗震欠账几何?

第一财经 2022-09-07 15:07:10

作者:吴斯旻    责编:秦新安

1978年海城、唐山地震之后,国内相关建筑规范要求“小震不坏、中震可修、大震不倒”

一座原本三层的白色建筑,像被砍掉腿一样硬生生矮了一层,只有入口门厅仍顽强地翘着脖子,兀自挺立。

这是一幅广为传播的泸定地震灾情的照片,照片中的建筑是中科院成都山地所贡嘎山高山生态系统观测试验站(下称“贡嘎山站”)。和震区许多羸弱的民房一样,贡嘎山站这座国有大单位的房子,也没能挺过突如其来的灾难。

9月5日12时52分,四川甘孜州泸定县(北纬29.59度,东经102.08度)发生6.8级地震,震源深度16公里。截至6日21时,地震已造成四川甘孜和雅安共计74人死亡。贡嘎山站就位于横断山最高峰贡嘎山东坡海螺沟内,距泸定县城约50km。遇难人员中,就包括当时正在该站参与科研工作的一名硕士研究生。

不过,多名受访建筑工程和规划领域的专家均不赞同现在就认定该建筑的抗震性不达标。贡嘎山站建成于上世纪60~80年代,彼时,建筑的抗震标准与现在存在较大差异。建筑严重受损是否为质量问题所致,尚待有关部门调查。

但灾情带来公众对建筑防、抗震性能的疑虑是真实而有价值的——公共建筑的抗震设防能力足够吗?为何受灾山区的多层建筑频现底层坍塌?城市的高层楼宇是否安全?有哪些建筑需要修补、拆迁?

贡嘎山站临近抗震设计保修期

成都山地所官网资料显示,贡嘎山站于1987年建站。但至于该试验站建筑体何时规划设计、建站后是否有对建筑体进行改造维护,官网并无相关信息。6~7日,第一财经记者多次致电成都山地所,但截至发稿,尚未拨通。

另据《光明日报》2017年相关报道,早于上世纪60年代开始,就有中国科学院的科学家在这个区域开展科研工作了。

在住建部去年年底发布的《建筑抗震设计规范》(局部修订条文征求意见稿)中提到,结构设计使用年限是在设计时考虑施工完成后正常使用、正常维护情况下不需要大修仍可完成预定功能的保修年限,国内外的一般建筑结构取50年。

对于建筑使用年限至少已有44年、处于地震多发地区并且用于教学、科研等公用目的的贡嘎山站,同济大学土木工程学院赵斌教授认为,“结构出现倒塌说明类似地震多发区域的既有建筑,有进行抗震性能鉴定和加固改造的必要。”

他对记者表示,汶川地震之后,尤其是近年来,住建部多次强调对使用年限较长、建设时抗震标准较低、未采取抗震设防措施或者未达到目前抗震设防强制性标准的建成公共建筑,进行抗震性能鉴定、加固和维护,一些重要省市针对学校、住宅的建筑也开展过多轮普查工作。在实际操作层面,目前大多数情况还是只对那些有结构或使用功能改变的既有建筑开展了针对性的抗震鉴定和加固。

“但由于相关工作并无硬性要求,且改造成本需要建筑所有权人承担,相关主体单位可能动力不足。” 赵斌补充道。

那么,在建成后没有加固维护的背景下,上世纪80年代或之前建成的公共建筑和今日相比,抗震性能相距有多远呢?

结构工程师徐珂对记者介绍称,具体分为两种情况。在1976年唐山大地震之前,中国建筑抗震标准主要借鉴于苏联的《地震区建筑规范》,这一时期的建筑抗震能力相对较差;1975年海城、1976年唐山地震发生后,我国先后出版了《工业与民用建筑抗震设计规范》和《建筑抗震设计规范》,此后符合规范进行设计和施工的建筑,能够满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的要求。

从结构来看,徐珂认为,贡嘎山站的建筑体可能属于框架结构,即以梁、柱组合的框架作为竖向承重和抗水平作用的结构。由于这类结构底部空间大,而底部以上各层采用较多建筑纵横隔墙设计,常见于医院、会议厅等公共建筑体。

“框架结构本身是常用的、可靠的结构形式。但当基于建筑墙体分布原因,出现底部刚度小而上部刚度大的情况,或者在底层构件的实际承载能力低于设计目标时,或者在底部柱构件承载能力被削弱并较实际需求明显下降时,建筑物的抗震性能就达不到极限状态下安全目标。” 徐珂称。

中国城市规划学会城市安全与防灾规划学术委员会委员,中规院(北京)规划设计公司城市安全研究中心主任、教授级高工邹亮进一步对记者介绍称,框架结构中,底层受力最大,而对于单个构件来讲受力最大的地方又是柱子与地面和梁端的接触节点,因此当地震发生时,节点区最容易被破坏。在地震波作用下,底层框架变形集中,往往会成为整个建筑结构的薄弱楼层,产生过大侧移以致坍塌。

但相较于砖混结构,邹亮称,框架结构的抗震性能整体还是略胜一筹。砖混结构建筑若未采用构造柱、圈梁等抗震措施,在发生地震时可能产生粉碎性的垮塌。“但这种结构更多存在于2000年以前的建筑体中。”

由于在历次地震中,砖混结构的建筑常有坍塌现象,徐珂建议,建筑所有权人可以在衡量经济成本的基础上,采取传统抗震加固等方式,也可以采取隔震、减震等新型技术手段。

根据去年9月1日正式实施的《建设工程抗震管理条例》,建设工程所有权人应当对存在严重抗震安全隐患的建设工程进行安全监测,并在加固前采取停止或者限制使用等措施。

其中特别规定,位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区的新建学校、幼儿园、医院、养老机构、儿童福利机构、应急指挥中心、应急避难场所、广播电视等建筑,应当按照国家有关规定采用隔震减震等技术,保证发生本区域设防地震时能够满足正常使用要求。

多层还是高层更安全?

与公共建筑相比,在此次地震中,民房和民宿受损情况更加严重。

四象科技6日晚对第一财经表示,从遥感卫星监测影像图来看,截至6日中午12时,泸定县城的部分区域,道路、桥梁无损坏,甘孜州职业技术学校等三所学校外观完好,无受损。

图片来源:四象科技

而根据甘孜州委办公室消息,截至9月6日7时,经初步核查,泸定县“9·5”磨西镇6.8级地震涉及泸定、康定、九龙、雅江、丹巴5县(市)。已初查民房垮塌243间、受损13010间;宾馆、酒店、民宿等垮塌4栋、受损307栋。

有居住在泸定县城的居民对第一财经表示,磨西镇上的房屋多是砖混、砖木结构,高度一般在两三层、六七层。

赵斌称,乡镇和农村的民房有相当比例为居民自建房。汶川地震发生后,国家对自建房的抗震管理趋严,当地政府根据地区特点也给出了示范性抗震结构图纸和方案供新建自建房选用。但对于已建成的自建房,由于国家无法强制居民自费改造,当地震发生后,这部分民房依然可能不堪一击。

“新建自建房会分地区抗震要求不同,在选址上也会避开地震带和容易出现山体滑坡等次生灾害的区域。但对于老旧自建房,选址、建设鲜有科学衡量抗震因素的,而建设者也多为民间工匠,是否有建筑图纸,建筑材料是否符合要求、施工过程是否存在偷工减料或者不规范之处,自建房所有者往往也难以控制。”赵斌称。

另一个加大民房损失的因素是,震后出现山体滑坡等次生性地质灾害。“如果地基都被破坏,或者被山体崩塌的飞石所掩埋,对于民房而言,这将是不可抗的因素,民房损毁已经和其是否具有抗震性无关了。”徐珂称。

曾参与全国多个城市综合防灾减灾专项规划的邹亮表示,抗震能力表现较好、建筑主体没有损坏的民房,在灾后是否需要加固,这应交由专业人士去判断。

历次地震灾情发生后,住建部等有关部门都会组织多批专家组到灾区对建筑物做评估。对于出现墙体裂纹、裂缝或表皮脱落等表观破坏的情况,应进一步评估其是否会影响结构安全,如果不会,那么进行较为简单的修缮即可恢复使用;如果出现结构构件损害,则可能需要加固甚至重建。”邹亮称。

地震对成都也产生了影响,出现了高层住宅“楼栋变形”“楼间横梁摇断”等网络视频和传言。对此,成都市有关部门通过官方微博回应称,经组织专业人员现场初步调查,网传楼栋屋面变形缝完好,无结构安全隐患,正在请房屋结构专家作进一步鉴定。

赵斌告诉记者,严格遵循抗震设计规范的建筑一般都具有较好的抗震性能,满足“大震不倒”的抗震设防目标。相较于低、多层建筑,业界多项长期研究显示,高层建筑的抗震能力相对更好。

但应注意的是,如果建筑体靠近地震断层和断裂带,高层建筑抗震能力可能反而不如低、多层建筑。地震时,断层错动引起的大位移和长周期振动成分对于自振周期相对较长的高层建筑尤为不利。” 赵斌称。

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